张家驹 赵炜 刘惠
国网河北省电力有限公司信息通信分公司，河北 石家庄 050000
摘要：近年来，随着我国经济科技的实力提升，我国对自然灾害中人民生命财产的救援效率日益提高。其中，电力应急通信系统对灾后电力设施的重建具有重要意义。在突发情况下，以光纤和电力线为主的电力通信网遭到毁灭性破坏后，卫星通信链路可以搭建指挥中心与受灾现场的通信桥梁，保证电力通信网络畅通。卫星重叠通信技术为卫星通信快速建链和节约电力应急通信专网成本提供了一种新的思路。
关键词：电力应急通信系统；快速建链；技术研究
引言
应急通信一般指在出现人为或自然的突发性紧急情况通信需求骤增时，综合利用各种通信资源，保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法，是一种具有暂时性的、为应对自然或人为紧急情况而提供的特殊通信机制。其具有通信时间、地点不确定、应急通信容量的不确定性、地域的不确定性、信息的多样性、网络不确定性等特点，如何在断电、无运营商网络的情况下快速建立起一张吞吐量满足大带宽需求、建网时间短、覆盖面积广、采集终端多样的应急通信网络，以应对突发自然灾害、应急救援等，成为应急保障需解决的问题。
1电力应急通信系统组网结构与需求分析
1.1电力应急通信系统组网结构
电力应急通信系统由卫星通信和3G/4G公网通信两个通道承载，可实现应急现场多个画面直播同时传输、调度指挥等功能。卫星通信网是由卫星通信中心站、移动便携站、移动单兵系统、应急通信车载站组成的星型通信网络。卫星通信通常采用VSAT卫星通讯技术，该技术利用卫星链路传递现场图像与信息，可加强灾难事故现场与外界联系，并提供必要的信息基础救灾服务。但是卫星通信容易受天气及环境各方面的影响，信号具有不稳定性，同时受到带宽限制，无法提供超高清视频回传。3G/4G公网通信为卫星通信提供备用通信方式，当卫星通信信号不稳定时，可切换至公网通信进行应急现场画面传输，保障了数据传输的稳定性，解决了单一网络通道无法满足复杂多变应用现场问题。但是4G技术也存在带宽限制，无法提供超高清视频实时回传，同时因在公网传输，通道传输安全缺乏有效的保证措施。此外，电力应急通信还通过在应急通信车或便携站上安装球形摄像头进行实时画面回传，但此方式无法满足空中直播、多角度直播、不具备即开即播的灵活性、无法高带宽回传多个画面。除此之外，一些特殊事故现场不易部署应急通信车，且临时搭建成本较高。
1.2电力应急通信需求分析
应急现场直播受限于直播车高昂的价格、4G带宽以及单一的直播角度，直播现状急需改变，而5G移动直播结合无人机空中直播的方式可以很好地改变这一现状，在新技术不断发展的推动下，分析如下应急通信需求。(1)移动性、快捷性需求。突发事件、重大事故现场限制了大型直播设备布放，急需便携式直播设备;同时，快速搭建直播环境、实现移动直播也推动了5G移动直播的发展。(2)直播多角度、画面高清回传需求。现有应急通信无法满足客户高画质的多角度观看;无法满足多用户在同一网络下同时观看。(3)通道安全需求。现有4G公网通道处于开放式传输模式，无端到端通信通道安全保证。
2卫星通信链路
电力应急通信系统中的卫星通信链路包含从地球站到卫星的上行链路和从卫星到地球站的下行链路，还有可能包括2个卫星之间的星间链路。卫星通信的上行链路和下行链路是射频载波链路，星间链路是射频载波链路或激光链路。各种类型的链路不但有信号传输，而且链路中存在噪声和干扰。卫星通信链路的快速建立，是实现电力应急通信系统中指挥中心、应急通信车和其他便携终端信息沟通的桥梁。电力应急通信系统中的卫星通信链路应用的多址方式主要有以下几种。
2.1频分多址
频分多址（FrequencyDivisionMultipleAccess，FDMA）方式是当多个地球站公用卫星转发器时，根据不同的载频来区分各地球站的站址，即把各站发射的信号配置在转发器不同的频率位置上。各站接收时，根据不同的载频区分各站的站址。
2.2时分多址
时分多址（TimeDivisionMultipleAddress，TDMA）方式是指各地球站在定时同步系统的控制下，只能在指定的时隙内向卫星发射信号，时间上互不重叠。卫星转发器将地球站各地球站发来的信号按时序转发出去。
2.3码分多址
码分多址（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）方式是一种扩展频谱系统，分为直接序列码分多址（DiretSequence-CodeDivisionMultipleAccess，DS-CDMA）和跳频码分多址（FrequencyHopping-CodeDivisionMultipleAccess，FH-CDMA）。DS-CDMA将已调的PSK信号频谱展宽，调制信号发射功率谱密度低，信号掩埋在噪音下系统仍可以工作。FH-CDMA采用跳频方式，载波在很宽的频带内近似随机跳变，从而躲避干扰。
3基于5G技术的电力应急通信网络架构优势
本文提出的基于5G技术的电力应急通信网络架构具有高清视频回传，增强画面清晰度与流畅性，支持灵活、多角度直播，保证通信传输的稳定及安全性等多个优势。
3.1从架构特点分析
该架构在应急现场增设无人机、5G背包，其中5G直播方案灵活便捷，应急人员背上直播设备即可开始现场直播，不受场地限制，尤其遇到抗震救灾、突发事故时，5G直播优势很大;5G+无人机可实现空中多角度的高清直播，确保灾情、警情上报和指挥调度畅通等一系列需求。网络通信通道方面，5G能够提高超高清视频的实时传输，卫星通信能够保证极端应急环境下的基础画面回传与指挥调度服务。
3.2从业务流向分析
在非极端条件下，应急人员采用背包等便携设备即可完成应急现场与指挥中心之间业务流的双向传输，成本远低于直播车+卫星直播的传统直播方式;当在极端条件下应急现场业务流可以选用卫星通信方式，也可经过5G应急自组网进行音视频传输，多种方式保证应急通道流畅性。
3.3从安全性角度分析
相比4G公网通信，5G切片技术能够保证应急通信业务资源占用的独立性和安全隔离性，同时保证应急通信在带宽、时延等方面的QoS质量。
结语
电力应急通信系统是重大灾难、突发事故时保证电力设施等应急抢修、快速恢复的重要系统。随着5G技术的不断成熟与发展，开展5G技术在电力应急通信中应用具有重要意义，本文结合应急通信需求提出的基于5G技术的电力应急通信网络架构，实现了高清视频回传，支持灵活、多角度直播，同时保证应急现场多个画面传输的稳定及安全性，提升应急响应速度及应急处置效率，能够应对复杂多变的应用环境，具有良好应用前景。
参考文献
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